Constructing stable interface layer for boosting high-voltage cycling performance of single-crystal Ni-rich cathodes

阴极 涂层 材料科学 化学工程 电化学 降级(电信) 图层(电子) 高压 电极 电压 复合材料 纳米技术 计算机科学 化学 工程类 电气工程 电信 物理化学
作者
Jixue Shen,Bao Zhang,Alvin Dai,Xinyou He,Zhiming Xiao,Yu Lei,Tianyi Li,Jianguo Wen,Xiao Li,Tongchao Liu,Xing Ou,Khalil Amine
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:559: 232653-232653 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.232653
摘要

Increasing demand for electric vehicles (EVs) worldwide and the requirements for environmental protection have greatly promoted the development of low-Co, Ni-rich layered cathodes due to their high energy density, reasonable cost, and less environmental pollution. Nevertheless, serious performance degradation and safety concerns resulting from structural/interfacial instability under high operating voltages (≥4.3 V) have greatly hindered its commercialization. Herein, we propose a feasible surface modification strategy by introducing a multifunctional Li2SiO3 (LSO) coating layer onto the surface of Co less single-crystalline LiNi0·63Co0·07Mn0·3O2 (NCM) to solve the above challenges. The uniform Li2SiO3 coating layer has a unique three-dimensional (3D) ion diffusion channel, which greatly promotes the transmission of Li+ and alleviates interfacial stress accumulation. Equally important, the electrochemically inert Li2SiO3 coating layer has a stable structure framework with strong Si–O bonds, which inhibit anisotropic particle volume expansion and the occurrence of side reactions during long-term cycling. As a consequence, LSO modified NCM exhibits greatly improved electrochemical properties even at harsh testing conditions and achieves capacity retention of 79.1% after 200 cycles at 25 °C within 2.95–4.5 V in half cells. Furthermore, it provides an outstanding capacity retention of 94.7% after 300 cycles at 25 °C within 2.95–4.4 V when tested in pouch full cells.
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